Informe Exp Protecc PDF

8/17/2019 Informe Exp Protecc PDF

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE VALENCIAPROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN ELECTRICIDAD

Participantes: Álvarez Ricardo

Alvarado ManuelMoreno Luis

Martins CarlosPadrón Freddy

Romero DonaldValles Nelson

Valencia, Octubre de 2012

PROTECCIONESDE

TRANSFORMADORESDE

POTENCIA


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Fundamentación teórica

La protección para los transformadores de potencia, depende del tamaño, latensión y la importancia que pueda tener en el sistema. En la práctica general,

adicionalmente a la protección eléctrica contra sobrecalentamiento o sobrecarga,

puede haber accesorios térmicos o mecánicos para accionar una alarma, un

banco de ventiladores, y en última instancia desconectar los transformadores.

La protección de los transformadores se hace típicamente con fusibles, para

potencia hasta de 2,5 MVA, entre 2,5 y 5 MVA con fusibles o relés de

sobrecorriente. Para potencias mayores CADAFE establece las siguientes

protecciones:

Transformadores de 7 a 15 MVA

El esquema genérico de protección se compone principalmente con los

siguientes dispositivos:

Tres (3) fusibles ubicados en el lado de alta tensión.

Tres (3) relés de sobrecorriente conectado a transformadores de corriente

ubican en el lado de alta tensión del transformador.

Un (1) relé de sobrecorriente instantáneo, conectado a transformadores de

corriente con conexión primaria ubicada entre la malla de tierra y la cuba

aislada de tierra.

Un (1) relé de alta impedancia, conectado a transformadores de corriente

ubicados en las fases y el neutro.


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Protecciones internas tales como: relé Buchholz, temperatura de aceite y

arrollados, sobrepresión.

En la siguiente figura se muestra el diagrama con las conexiones indicadas.

Transformadores de 16 a 30 MVA

El esquema genérico de protección se compone principalmente con los siguientes

dispositivos:

Tres (3) Relés diferencial como protección principal con restricción de

armónicos conectados a transformadores de corriente que se ubican en el

lado de alta y baja tensión del transformador.

Tres (3) relés de sobrecorriente como protección de respaldo conectados a

transformadores de corriente ubicados en las fases del transformador.


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aislada de tierra.

Protecciones internas tales como: relé Buchholz, Relé jansen, temperaturade aceite y arrollados, sobrepresión.

Transformadores de 50 o más MVA

El esquema genérico de protección se compone principalmente con los

siguientes dispositivos:

Tres (3) Relés diferencial como protección principal con restricción dearmónicos conectados a transformadores de corriente que se ubican en el

lado de alta y baja tensión del transformador.


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Tres (3) relés de mínima impedancia como principal con características

circulares en esquema de subalcance, conectados a transformadores de

corriente ubicados en las fases del transformador.

Tres (3) relés de sobrecorriente como protección de respaldo conectados a

transformadores de corriente ubicados en las fases del transformador.



aislada de tierra.

Protecciones internas tales como: relé Buchholz, Relé jansen, temperatura

de aceite y arrollados, sobrepresión.

En algunos casos las protecciones de distancia están conectadas entre

si, a fin de trabajar en el esquema de sobrealcance con confirmación; es

decir, que la protección del lado de alta tensión se ajusta para que alcance

el lado de baja tensión, y la de baja tensión alcance el de alta; confirmando

la existencia de una falla en la zona del transformador a través de un

cableado interno, sin que exista la posibilidad de disparos errados.


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PROTECCIONES INTERNAS DEL TRANSFORMADOR

Se dispondrá de las protecciones internas siguientes:

Temperatura de aceite

Su función es verificar la temperatura del aceite del transformador, mediante

dos dispositivos principales: Un bulbo termométrico que se encuentra en un

dispositivo independiente sumergido en aceite el cual está ubicado dentro de la

cuba, físicamente en la parte superior del transformador. Y un elemento indicador

que tiene dos niveles topes, el primero indica las señales de alarma y el segundo

ordena la apertura del interruptor.

Temperatura de arrollado


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Su función es indicar la temperatura de los devanados del transformador. Esto

se logra haciendo pasar la corriente de uno de los arrollados, a través de un

transformador de corriente cuyo secundario se conecta a una resistencia que

calienta un bulbo termométrico ubicados dentro de un deposito con aceite. Estedispositivo transmite una señal a un elemento indicador que dispone de tres o

cuatro niveles topes de temperatura, normalmente usados para el arranque de

ventiladores, bombas de aceite, alarma y orden de apertura.

Sobrepresión

Es un dispositivo que permite aliviar a las protecciones internas en la cuba deltransformador, el cual al activarse da orden de apertura a un interruptor e indica

mediante una alarma, por intermedio de dos contactos que posee el dispositivo.

Relé Buchholz

Este dispositivo actúa por acumulación de gases y por flujo violento de aceite,

producto de fallas leves internas del transformador, el cual al activarse ordena la

apertura del interruptor e indica mediante una alarma, por intermedio de dos

contactos que posee el dispositivo.

La protección Buchholz es simple, eficaz y se emplea en todos los TRP en aceite,

equipados con tanque conservador, cualquiera que sea su potencia. Sin embargo,

como no detecta más que los defectos originados en el interior del TRP deben

completarse con dispositivos para la protección de los defectos que se originan enel exterior de la cuba del TRP.

La acción del relé Buchholz, está precedido de una serie de fenómenos, sin

gravedad, a veces imperceptibles, pero que, a la larga conducen a la destrucción


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ALARMAINTERRUPTOR

F1

F2

S1 S2

CUBA DEL TRP CONSERVADOR

del transformador por lo tanto, bastará con detectar los primeros síntomas de la

perturbación y avisar el hecho mediante una señal acústica ú óptica, no es

necesario, en este caso poner el transformador inmediatamente fuera de servicio

sino tener en cuenta la circunstancia y desacoplar el transformador cuando lopermitan las condiciones de explotación.

Este Relé está ubicado en el tubo que va desde la cuba y el tanque de

expansión del transformador.

Funcionamiento

El principio de funcionamiento de esta protección se basa en la producción degases que tiene lugar en el interior del transformador al manifestarse en él un

defecto. El relé está formado, esencialmente, por un recipiente intercalado en el

tubo que une a la cuba con el tanque conservador de aceite. Las burbujas de

gases que aparecen en el aceite del transformador por algún defecto, penetran en

el recipiente del relé y desplazan el aceite superior provocando el descenso de un

flotador que cierra un contacto en el circuito de alarma. Cuando un defecto grave

ocasiona una abundante generación de gases, las burbujas desplazan un segundo

flotador, situado en la parte inferior del recipiente, cerrando un contacto en el

circuito de disparo de los interruptores asociados al transformador fallado.

En el siguiente esquema se puede observar el funcionamiento del rele:


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Relé jansen

Esta protección detecta el origen o acumulación de gases en el cambiador de

tomas del TRP, causado por la combustión del aceite cuando se producen grancantidad de cambio de tomas para la regulación de tensión que sean necesarios.

Equipos a utilizar

Como protección principal se empleará un relé diferencial marca siemens, modelo

7UT612, con el cual se realizará también la protección masa cuba del

transformador; como protección de respaldo se emplearán dor relé de

sobrecorriente siemens 7SJ63; mientras que el disparo por protecciones internas

del transformador se realizará con un relé auxiliar . A continuación se presenta una

breve descripción de estos elementos.


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Relé 7UT612

Aunque este equipo posee otro tipo de funciones, la principal de ellas es la

diferencial, la protección diferencial es una rápida y selectiva protección decortocircuito del transformador, la cual queda delimitada por la ubicación de los

transformadores de corriente. La protección diferencial actúa bajo el principio de la

ley de Kirchhoff, que determina que la corriente que entra al equipo es

exactamente igual a la que sale de él, como se muestra la figura siguiente.

7UT612

Ip 1 Ip 2

Ip 1 + Ip 2

TC1 TC2

Ante fallas externas del elemento protegido, se puede presentar saturación de

alguno de los transformadores de corriente debido a las magnitudes que fluyen a

través de ellos, lo cual podría ocasionar la operación errónea de la protección

diferencial, para evitar esto se introduce la corriente de estabilización, que se

deriva de la suma aritmética de los valores absolutos de la corriente.

La corriente diferencial se define como:

Idiff = | I1 + I2 |

La corriente de estabilización se de fine como.

Istab = | I1 | + | I2 |

Con estas ecuaciones se presentan tres posibles casos, los cuales son:


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1) Las corrientes fluyendo a través del equipo protegido en el mismo sentido

Idiff = | I1 + I2 | = | I1 - I1 | = 0

Istab = | I1 | + | I2 | = | I1 | + | I1 | = 2.| I1 |

En este caso no hay disparo puesto que la corriente diferencial es cero y la de

estabilización es dos veces la corriente que fluye.

2. Un cortocircuito dentro del elemento protegido.

Idiff = | I1 + I2 | = | I1 + I1 | = 2.| I1 |

Istab = | I1 | + | I2 | = | I1 | + | I1 | = 2.| I1 |

Se puede apreciar que las magnitudes de Idiff y Istab. son iguales, por lo que

se obtiene un disparo.

3. Un cortocircuito alimentado por un solo lado.

Idiff = | I1 + I2 | = | I1 - 0 | = | I1 |

Istab = | I1 | + | I2 | = | I1 | + | 0 | = | I1 |

Aquí también se presenta disparo, ya que las dos corrientes son iguales.

Con esto se demuestra que en condiciones ideales, la característica decortocircuito se puede representar por una línea de 45°, como la indicada en azul

en la siguiente gráfica:


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Curva característica del relé 7UT612

La protección diferencial siempre compara la Idiff y la Istab y si resulta dentro del

área marcada se presenta un disparo.

Como se puede apreciar en la gráfica, La pendiente “a” representa el valor dearranque de la protección diferencial y donde el error es constante para los

transformadores de corriente.

La pendiente b permite una mayor sensibilidad ante el error que se

puede presentar por el acoplamiento de los transformadores de corriente o

por la diferencia que se puede presentar por el cambiador de taps bajo carga

de los transformadores de potencia.

La pendiente c permite una mayor sensibilidad ante corrientes altas, como las

presentadas ante un cortocircuito externo, el cual puede originar una saturación en

los TCs.


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La pendiente d determina el punto, donde si la Idiff sobrepasa el valor se

presenta un disparo, sin tener en cuenta la magnitud de la Istab, ésta pendiente es

determinada por Idiff >>.

Protección masa cuba del transformador

Funciona de manera similar a la función de sobrecorriente, en este caso se

tiene una función instantánea y una de tiempo inverso en donde es necesario

seleccionar un valor de tap y dial, además de esto el relè debe reconocer que

entrada de corriente se esta utilizando para traer la señal de la corriente que

circula por la cuba del transformador.

Relé de sobrecorriente 7SJ46,

Esta protección multifuncional con operación de mando local es la funciónmás importante en el 7SJ46. Ésta puede ser conectada y desconectada por

separado para corrientes de fase y a tierra y equipada con diferentes curvas

características de disparo.

El relé presenta la opción de configurar un escalón de alta intensidad I>> y

uno de sobreintensidad I>, los cuales trabajan siempre con temporización

independiente de la corriente (tiempo definido), además presenta un tercer

escalón Ip , con temporización dependiente de la corriente (tiempo inverso). En

cada escalón se puede bloquear la temporización por entrada binaria y así impedir


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la orden de disparo. Si se retira el bloqueo durante un arranque, la temporización

se inicia de nuevo

En caso de un cierre manual sobre una falla, se puede generar un disparoinmediato. Para esto se excluye la temporización de un escalón de

sobreintensidad o de alta intensidad mediante el impulso de cierre manual, es

decir, el escalón respectivo reacciona inmediatamente.


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EJEMPLO DE CÁLCULO PARA UN TRANSFORMADOR

DE 30MVA.

Protecciones del Transform ador

RELÉ DIFERENCIAL DEL TRANSFORMADOR

Cálculo de corriente nominal de alta tensión

Cálculo de corriente nominal de baja tensión

Relación de transformación de los Transformadores de corriente de

alta tensión

Por lo que el TC debe ser de 200:5 A, sin embargo se empleará uno de 300:5 A

considerando que la corriente de cortocircuito es varias veces la corriente nominal.

Relación de transformación de los Transformadores de corriente de

baja tensión

El transformador debe ser 1500:5 A


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Corriente a nivel de secundario del TC

Ya que las corrientes secundarias del lado de alta y del lado de baja tensión no

son iguales, se requiere el uso de transformadores de interposición con la finalidad

de igualar las corrientes a un mismo orden.

Transformador de interposición

Lado de alta tensión

Corriente secundaria Corriente requerida2.51 5A

Transformador de interposición = Relación 1:2

Lado de baja tensión

Corriente secundaria Corriente requerida4.18 5A

Transformador de interposición= Relación 5:6


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Al verificar se obtiene:

El ajuste del índice de polarización al colocar el relé estará entre el 20% al

30%, este valor garantizará las diferencias o errores entre los transformadores de

corriente e interposición y los cambios de tomas.

RELE DE SOBRECORRIENTE DEL LADO DE ALTA DEL TRANSFORMADOR

Corriente de arranque AT:

Se tomará una corriente de arranque del 25 % de la corriente nominal deltransformador:

Iarr = 150.61 x 1.25= 188.2A ≈ 190 A

Que en el secundario del TC es:

Iarr = 190A/ 60= 3.16A

ICC 115 KV

Se tomará una corriente de cortocircuito para el lado de baja tensión del

transformador de 12.8 KA (tomado de tabla de niveles de cortocircuito de ELEVAL,

subestación San Diego)

Por tanto:

No obstante, para el lado de 13.8 KV se tiene:


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Iarr = 190 x = 1582 A

Lo cual, asumiendo que la protección diferencial actúa en un tiempo de0.1 Seg, y la protección de sobrecorriente de salida de barra es 0.4 Seg, se

obtendría un tiempo de disparo de 0.5 Seg para la corriente máxima de

cortocircuito.

Planos

A continuación se anexan los planos correspondientes al sistema de protección


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Protección de sobrecorriente

Protección diferencial



Respaldo

Barra

G

Medición

13.8 KV / 115 KV

30 MVA

Y

I2

I1

Seccionador1 I1

Seccionador2 I1

Seccionador1 I2

Seccionador2 I2

Plano 1 Diagrama UnifilarPlano 1 Diagrama Unifilar


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G

Medición

Transformador de corriente

IT1


IT2

PI

T

I>

I>

Y

Prot Barra

Prot. Generador

Respaldo Interruptor

Protección de BarraLeyenda

Protecciones Internas

Transformador con devanado terciario

Pararrayos

I>

PI

Protecciones Generador

Seccionador1 I1

Seccionador2 I1

Seccionador1 I2

Seccionador2 I2

Plano 2 Esquema de protecciones


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B03

+ -

7UT612

I1 I2

1:2 1:2 1:2

5:6 5:6 5:6

30 MVA

13.8 / 115 KV

R

S

T

R

S

T

300: 5

300: 5

300: 5

1500: 5

1500: 5

1500: 5

100: 5

Plano 3 Protección Diferencial


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7SJ467SJ46

I1 I2

+ +

R

S

T

R

S

T

30 MVA

13.8 / 115 KV

300: 5

300: 5

300: 5

1500: 5

1500: 5

1500: 5

Plano 4 Protección de Sobrecorriente


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Relé Auxiliar

I2

Relé Bochholz

Alarna

Relé de

temperatura

Cambiador detomas

Relé Jansen

Relé de

sobrepresión

Relé de imagen

térmica

+ -

Alarna 2

Alarna 1Sist.

Enfriamiento

Relé

Jansen

A Relé Auxiliar

Alarna +

R

S

T

R

S

T

30 MVA

13.8 / 115 KV

Plano 5 Protecciones Internas


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Bibliografía:

Norma Transformadores de potencia CADAFE. Editado por C.A. de Fomento

Eléctrico (CADAFE) cod. 621.314.2.015.2 08 de agosto 1988.

FUENTES, Guillermo. Fundamento s protecciones transform adores. Substation

Automation Systems / Seminario de Transformadores. ABB group, junio 30, 2014.

Disponible en:

http://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/0/05c1d59bb4d21a99c1257d0a00

6acc1c/$file/12.+Guillermo+Fuentes.pdf
http://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/0/05c1d59bb4d21a99c1257d0a006acc1c/$file/12.+Guillermo+Fuentes.pdfhttp://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/0/05c1d59bb4d21a99c1257d0a006acc1c/$file/12.+Guillermo+Fuentes.pdfhttp://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/0/05c1d59bb4d21a99c1257d0a006acc1c/$file/12.+Guillermo+Fuentes.pdfhttp://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/0/05c1d59bb4d21a99c1257d0a006acc1c/$file/12.+Guillermo+Fuentes.pdfhttp://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/0/05c1d59bb4d21a99c1257d0a006acc1c/$file/12.+Guillermo+Fuentes.pdf

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